硬件知识整理part9--电容应用之实战
以顺为王者，妾妇之道也。 --孟子
这篇博文主要介绍电容如何选型、电容的一些实战电路。就让我们打开学习的大门吧。
在选择电容时我主要看的是电容的容值和电容的额定电压。（由于本人应用时只是看中这两个参数，所以才这样写到。）
在这里，我需要解释一下们听到的耐压值、额定电压、击穿电压三者的区别。平常我们在电容上看到的300VAC这种标注，这个电压值是电容的额定电压。额定电压是指电容正常工作的运行电压，我们在使用电容时尽量不要超过额定电压，超过太多达到击穿电压后电容会爆炸。那么耐压值是指的是电容的最高工作电压。当然，如果电容达到耐压值比较长时间电容器就会损坏。还要说明一点，电容的耐压值需要去看说明书。那么击穿电压就是极限电压了。当电容承受的电压达到击穿电压后电容就会爆炸。综上：额定电压<耐压值<击穿电压。
首先，对于我在《硬件知识整理part7--电容应用列举》这篇博文用了大幅篇幅解读的滤波电容怎么选型呢？
平常的滤波电容的容值最简单的方法就是看一下芯片说明书，说明书上会有写到该芯片的滤波电容的选择容值。但是这里需要注意一点，如果说明书中推荐带内容容量是10uf，原则上要采用推荐值的2倍以上的电容，也就是选择22uf左右的。如果选择电解电容的话，建议选择的值为推荐值的1.8倍左右。如果该滤波电容只是用在电源，电容不是位于芯片的输入或者输出位置，选择容值时建议用经验法。
还有一种方法就是根据计算来算出容值，但是这种方法需要测量很多参数，这有点麻烦。有兴趣的同学可自行百度。
最后一种方法就是经验法了。平常小电容滤波我们采用104p，大电容采用0.1uf。其中使得滤波效果可靠，可以将一大一小两个电容并联,一般要求相差两个数量级以上,以获得更大的滤波频段。这只是我在网上看到的经验，但是正确与否需要实践证明。
平常的滤波电容额定电压的大小最好是所在电路处电压的1.5倍。比如12V就选择额定电压16V以上的。
其次，为什么我建议芯片的滤波电容选择大于推荐值的两倍以上，电解电容为推荐值的1.8倍呢？
为此，我举个实际的LDO电路的例子。
这是一个典型的LDO电路。于是我们通过测量LDO电路的输入电压波形和输出电压波形，其中示波器的上方为LDO电路的输入电压波形，下方为LDO电路的输出电压波形。[1]
由图中的两者对比。没有输入输出电容的电源的纹波很大的。[1]
在所有LDO电源设计中，LDO PSRR的参数非常重要。PSRR是什么呢？PSRR叫做电源抑制比，它规定了特定频率的交流信号从 LDO 输入衰减到输出的程度。[2]计算公式如下：
公式 1 表明衰减程度越高，以分贝表示的 PSRR 值将越大。（某些供应商采用负号来表示衰减，而大多数供应商则采用正值表示）。[2]假如PSRR=66dB，输入端的纹波大小Vripple(in)为±50mv，那么输出端的纹波Vripple(out)是多少？[1]由于66=20+20+20+6=10*10*10*2=2000，所Vripple(out)=±50/2000mv=±0.025mv。细心的人会发现6db是估算到2倍衰减倍数的。对！习惯上是这样估算的！如果没有输入输出电容，输出端的纹波会不会这么小的。[1]所以LDO电路的输出输入端电容尽量都要加上。
那么在怎么选择LDO的输入输出电容呢？
由图上可知LT1117的输出电容的作用是频率补偿，也就是说和噪声是息息相关的。容值的要求是最小10uF的钽电容，或者是50uF的铝电解电容。然后，不管选用哪种电容，电容的ESR一定要小。[1]
那么我们选择10Uf的电容如何呢？？绝对不行！！这就需要考虑到电容的这些参数：直流偏置降额、温度降额、及制作商容差。[1]有经验的工程师这样解读。
那么什么是直流偏置降额？直流偏置降额是电容的一个参数。它描述电容与直流偏置电压和电容器尺寸的关系。如下图所示。
从团中我们可以看出电容承受1.8V左右的直流电压时，电容值为7uf。
其他因素有经验的工程师是如下图总结的经验。
当然，这是电容处于最恶劣的环境时，输入输出电容直接选择10uF时，在考虑到电容的这些参数影响之后，实际的电容值仅为3.5uF，是远远不够的。[1]
所以呢，在LDO的输入输出电容选择应该选择2倍以上。如果选择电解电容的话，应该是1.8倍左右。
由于我没有设计过电容容值，但是我通过学习LDO电路的输入输出电容选型后，我建议大家在设计芯片外围电路的电容容值都在这个范围，省得出现问题。这点可供参考。
还有一种DCDC电路中会设置一个前馈电容。如下图所示。
该电容的作用我只是简单认识到该前馈电容主要是为了提供零点，不让RC电路产生震荡从而影响输出输出电压。再深入一些的理解请自行学习吧！
最后补充一个知识点。有时候我们在交流电路中看到电容的并联分压的情况。电容在交流回路中可以实现分压，分压公式是将电容根据容抗公式Xc= 1/（jwC）推导出来的，所以我们容易得出电容分压公式为U1/U2=C2/C1。从这个式子我们可以知道虽然两个电容的容值不相同，但在一个交流回路中装载的电荷量Q是相同的。虽然电容在直流电路中相当于断路，但是在电路输入电能的瞬间，电容之间是存在分压的。这种瞬间的情况的电容分压公式与交流回路中的情况相同。
文章最后，我推荐大家关注达尔闻说这个公众号。我在达尔闻说公众号中学习到了很多硬件知识。
在此特别声明：由于经过达尔闻说主创的同意，所以该博文中的大部分图和标注[1]的文字都来源于达尔闻说公众号推文。
参考链接：[1] https://mp.weixin.qq.com/s/AvGl7oGpWoiUAFTn-XR8KQ
[2] https://mp.weixin.qq.com/s/4cPmbkJ2a4ps3onHd9KSmQ
